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          滿足環保功能型燒成系統煤粉燃燒質量要求的

          2020-03-20

          0 引言

          2019年7月1日,生態環境部、國家發展和改革委員會、工業和信息化部、財政部四部委聯合下發《工業爐窯大氣污染綜合治理方案》。此方案是為了貫徹落實《國務院關于印發打贏藍天保衛戰三年行動計劃的通知》有關要求,到2020年,完善工業爐窯大氣污染綜合治理管理體系,推進工業爐窯全面達標排放,提高大氣污染防治重點區域工業爐窯裝備和污染治理水平,實現工業行業二氧化硫、氮氧化物、顆粒物等污染物排放進一步下降,促進建材、鋼鐵等重點行業污染物排放總量得到有效控制,推動環境空氣質量持續改善和產業高質量發展。該方案對水泥工業熟料燒成系統大氣污染物治理提出了明提高確要求:

          1. 現有及重點行業工業爐窯大氣污染排放標準嚴格按《水泥工業大氣污染物排放標準》執行(GB 4915-2013);

          2. 水泥熟料窯應配備低氮燃燒器,采用分級燃燒等技術,窯尾配備選擇性非催化還原(SNCR)、選擇性催化還原(SCR)等脫硝設施;

          3. 窯頭、窯尾配備覆膜袋式等高效除塵設施;

          4.  窯尾廢氣二氧化硫不能達標排放的應配備脫硫設施。1】

            從筆者的專業角度出發,我們對此的理解是,水泥熟料燒成系統必須向環保功能型轉變,其中低氮燃燒器的應用是不可忽略的重點。本文就滿足環保功能型燒成系統煤粉燃燒質量要求的燃燒器的開發與應用展開論述。 

            1 環保功能型燒成系統對煤粉燃燒質量的要求

            1. 燒成系統的環保功能

              我們熟知回轉窯燒成系統目前承載的功能越來越強大,主要擔任減排利廢功能、協同處理廢棄物功能(如燃燒生活垃圾,處理危廢等)、替代燃料應用功能(可廣泛適用于高硫煤、煙煤、無煙煤、重油、天然氣等燃料)、利用燒成系統自產脫硫劑脫硫功能以及低氮燃燒、分級燃燒技術降低NOx排放功能等等。

            2. 燒成系統環保功能對煤粉燃燒質量的要求

              目前水泥工廠,大部分使用煤粉作為燃料來進行熟料的煅燒,但隨著環保功能型燒成系統概念[2]的提出,燃燒器已逐漸向多燃料多通道高效節能大推力性能方向發展。對以煤粉為代表的燃料燃燒質量及效果要求也越來越高,具體表現在以下方面:

          5. 燃料適應性強。廣泛使用低熱值、劣質燃料、生物質燃料及其它生活垃圾和危廢物等多燃料多通道燃燒器。

          6. 低氮燃燒功能。通過頭部參數的合理化設計和科學計算對比分析,降低高溫峰值,大幅減少熱力型NOx的生成量。

          7. 分級燃燒技術降低氮氧化物。如窯尾采用燃料濃淡分級燃燒技術,利用RDF和分解爐再循環工藝,有效降低窯內已產生的熱力型NOx及降低爐內燃燒型NOx。

          8. 組織燃料高效燃燒,形成合理的燃燒帶。結合燃料特性、工藝參數和燃燒器技術,組織燃料高效燃燒并提高燃盡率、形成適宜的高溫區,是燃燒器具備的關鍵功能,也是燃料燃燒質量和效果的重要體現。

          9. 節能降耗。如降低入窯一次風率、降低燃燒器配套風機功率消耗等。

          10. 低氮燃燒的原理

               隨著全球經經濟的發展,人們對環保要求的重視和提高,水泥工業廢氣對氮氧化物排放的限值也日益嚴格。《水泥工業大氣污染物排放標準-GB 4915-2013》中重點行業的排放標準規定:氮氧化物(以NO2計)排放值為≤320mg/Nm3,個別地區的標準已經遠遠低于了這個標準,詳見表1。

            1 國家標準與個別地方標準對比

            1. NOx生成機理

              在燃燒過程中所產生氮的氧化物主要為NO和NO2,通常把這兩種氮的氧化物稱為NOx。大量的實驗結果表明,燃燒裝置排放的氮氧化物主要為NO,平均約占95%,而NO2僅占5%左右,NOx生成機理一般分為如下三種。

          1. 熱力型NOx生成機理

            分子式:N2+O2=2NO,NO+1/2O2=NO2,熱力型NOx的生成量和燃燒溫度關系很大。在溫度T≤1300℃時,NOx的生成量不大;而當溫度T≥1300℃時,每增加100℃,反應速率增大6-7倍?;剞D窯中燒成帶的火焰溫度高于1500℃以上,除了生成燃料型NOx外,大量助燃空氣中的氮在高溫下被氧化產生大量的熱力型NOx,回轉窯產生的NOx大約800-1200ppm。

          2. 快速型NOx生成機理 

            快速型NOx是在碳氫化合物燃料在燃料過濃時燃燒,燃料揮發物中碳氫化合物高溫分解生成的CH自由基和空氣中氮氣反應生成HCN和N,再進一步與氧氣作用以極快的速度生成,其形成時間只需要60ms??焖傩蚇Ox在燃燒過程中的生成量很小。影響快速NOx生成的主要因素有空氣過量條件和燃燒溫度。

          3. 燃料型NOx生成機理

            燃料型NOx由燃料中氮化合物在燃燒中氧化而成。由于燃料中的氮的熱分解溫度低于煤粉燃燒溫度,在600-800℃時就會生成燃燒型NOx。它在煤粉燃燒NOx產物中占60-80%。在生成燃料型NOx過程中,產生是含有氮的有機化合物熱裂解產生N、CN、HCN等中間產物基因,然后再氧化成NOx。由于煤的燃燒過程由揮發分燃燒和焦炭燃燒兩個階段,燃燒型NOx的形成也由氣相氮的氧化(揮發分)和焦炭中剩余的氧化(焦炭)兩部分組成,其中揮發分NOx占燃燒型NOx大部分。影響燃料NOx生成的因素有燃料的含氮量、燃料的揮發分含量、燃燒過程溫度、著火階段氧濃度等。燃料的揮發分增加,NOx轉換量就越大;火焰溫度越高,NOx轉換量就越大;揮發分NOx轉化率隨氧濃度的平方增加。在分解爐和賓尾上升管道區域,燃料燃燒溫度約為950-1200℃,在此溫度范圍內主要生成燃料NOx,預分解系統的NOx約為500-700ppm。

            三種類型的NOx隨溫度的分布見圖1。

          可以參考2018年第六期39,但要注意圖序號

            1. NOx燃燒技術

              NOx是由燃燒過程中產生的,而燃燒方法和燃燒條件對NOx的生成有較大影響,因此可以通過改進燃燒技術來降低NOx。熟知三種NOx的生成機理后除選用含氮量低的燃料(包括燃料脫氮和轉變成低氮燃料)外,可采用如下相關技術。

          1. 低過量空氣燃燒技術

            低過氣過量系數燃燒可以降低溫度峰值以減少“熱力型NOx”,另外隨著煙氣中過量氧的減少,在火焰周圍生產大量的還原性氣氛及未燃碳,這不但使燃燒氮所生成的中間產物得不到足夠的氧而無法生成NOx,而且對已經生成的NOx還能還原和分解,從而使NOx生成量下降。一般來說,采用低過量空氣燃燒可以降低NOx排放15-20%,但如果氧含量(濃度)<3%時,會使CO濃度劇增,使熱效率降低。

            1. 降低空氣過剩系數,組織濃相燃燒,來降低燃料周圍氧氣濃度;濃煤粉氣流是富燃燃燒,由于著火穩定性得到改善,使揮發分析出、燃燒速度加快,進一步造成揮發分析出區缺氧,降低了燃料NOx,另外由于缺氧燃燒,燃燒溫度降低,使熱力型NOx減少。使用大推力、一次空氣比例較小的多通道燃燒器,我公司SR4型大推力低氮節能燃燒器,一次風速達到亞音速,空氣在火焰高溫帶停留時間短,對于不同的水泥NOx的減排效果一般可達5-30%。

            2. 在氧濃度較低的情況下,增加燃料在火焰反應區的停留時間。同時增加燃燒器內外風的攪動混合能力和整體推力,增加二次熱風的卷吸利用,均衡火焰溫度,減少高溫峰值,降低熱力型NOx。

          2. 分級燃燒技術

            主要應用在窯尾分解爐上,基本原理是將燃料的燃燒過程分兩階段來完成。在第一階段,將第一層的燃燒器供入爐內的空氣量減少到總空氣量的70-75%,使燃料在缺氧的富燃料條件下燃燒,燃料氮分解大量活性產物CN、HCN及NH等,它們相互復合將已有的NOx還原分解,抑制了燃料型NOx的形成。同時,由于燃燒速度和燃燒峰值的降低,也減少了熱力型NOx的形成。 為了完成全部燃燒過程,完全燃燒所需的其余空氣布置在爐內第二層,與在第一級燃燒區“貧氧燃燒”條件下所產生的煙氣混合,在α>1的條件下完成全部燃燒過程,由于這時火焰溫度較低,在二級燃燒區內也不會產生較多的NOx,因此總的NOx排放得以控制。采用這一措施NOx減排效果為20-50%,可使NOx排放濃度降至300-700mg/Nm3之間。

          3. 低氮燃燒器的特點

            基于低氮燃燒器的原理以及降低NOx燃燒技術的主要途徑對燃燒器的功能提出了新的要求。無論是低氮燃燒器還是分級燃燒技術都屬于環保功能型燒成系統的范疇,如何在環保功能型燒成系統通過燃燒器的設計選型提高煤粉燃燒質量以及效果,一臺性能優越的燃燒器必須具備以下特點:

          4. 火焰形狀能使整個燒成帶具有強而有均勻的熱輻射,有利于熟料結粒、礦物晶相正常發育、防止燒成帶揚塵,形成穩定的窯皮;形狀規整、無波動、不會出現掃窯磚現象,延長耐火磚的使用壽命;

          5. 燃料和助燃風混合良好,燃燒充分,燃燼率高;

          6. 火焰熱力強度適中能生產優質熟料,溫度分布合理,沒有過高的溫度峰值;

          7. 對燃料具有較強的適應性,尤其是在燃燒無煙煤或劣質煤時,能在較低的空氣過剩系數下完全燃燒,能有效降低廢氣中的CO和NOx含量,有利于環保;

          8. 燃燒器結構簡單,操作方便,在線調節靈活,頭部采用火焰穩定器,受喂煤量、煤質和窯況變化波動的影響小,對不同的煤質以及配料的變化適應性強;

          9. 能實現燃燒器在回轉窯內空間定位調節以及軸向移動;

          10. 煤粉進口處采用耐磨處理,提高燃燒器使用壽命。

          11. 燃燒器采用高速大推力型設計?;鹆姸群蛣傂院?,出口風速高,火焰調節和控制能力強,可卷吸利用更多二次熱風,提高燃料燃盡率,頂料能力強,對窯況和燃料波動性適應性強。

          12. 結構簡單合理、調節靈活方便,材質可靠耐用。復雜的結構在高溫狀態下容易產生高溫應力變形;燃燒器本體上可進行粗調和微調兩種手段;噴頭材質要耐高溫抗氧化、耐磨、耐腐蝕性,并采用可更換設計,維修拆卸更換方便。

          13. 燃燒器的設計選型

            1. 燃燒器設計理念

            2. 回轉窯燃燒器

          如何在一臺燃燒器上實現這么多的功能?這對燃燒器的設計選型提出了更高要求,中和機電一直秉承“燃燒器功能專業化”的技術要求,結合多年實戰經驗,針對燃料特性、工藝參數和實際條件,提出“一煤一設計,一窯一修正”的設計理念和采用CFD計算機模擬仿真科學計算,力求精準設計,高效節能、低炭環保的完美功能。

              1. 回轉窯燃燒器的結構選型

                以目前行業內以煤粉為典型代表的多通道煤粉燃燒器為例,燃燒器廠家眾多,各有特色,技術良莠不齊。作為燃燒器的關鍵部件--頭部結構排布,以煤粉通道的布置位置不同呈現三大類別:一類是煤粉通道在內風和外風之間;二類是煤粉通道在內風和外風內側;三類是煤粉通道在內風和外風的外側。從調節性能特點來看,有內外風均可調節速度和角度的;也有只調節只內風速度和角度的,還有甚至有雙旋流調節的。我公司從事回轉窯燃燒器研發設計已有20多年時間,目前燃燒器應用行業有10+多個行業且占據多個行業市場率第一,各行業回轉窯煅燒工藝要求(主要是煅燒溫度、火焰長度)各不相同,經過多年的經驗積累和理論結合驗證,針對水泥回轉窯煅燒工藝要求選型一類結構燃燒器更適合。下表為我公司經過多年總結不同窯型煅燒要求所設計選型的燃燒器結構。

                2 不同回轉窯要求選擇不同類型燃燒器

          項目

          煅燒溫度/℃

          適宜燃燒器類型

          備注

          鈣鎂砂

          1600-1800

          一類

          使用高熱值燃料

          水泥

          1450-1600

          一類

          使用中熱值燃料

          石灰

          1250-1350

          二類

          使用中低熱值燃料

          球團

          1200-1250

          二類

          使用中低熱值燃料

          其它低溫煅燒回轉窯

          900-1200

          二類

          使用中低熱值燃料

              1. 結構特點

                如圖2所示,由氣流攜帶從煤風通道使煤粉按一定的擴散角向外噴出,由內鄰的旋流風及外鄰的軸流風傳給相當高的動量和動量矩,以高速螺旋前進,并繼續徑向擴散,在大速差形成的渦流回旋作用下,充分混合,在外軸流風卷吸二次高溫風的作用下充分燃燒,形成強勁有力的火焰。

          內旋流風束的螺旋擴散力作用增強了煤、風的混合,旋流風面積可調的特性進一步增強了燃燒器對質量及窯況變化的適應性,能按需調節火焰的長短、粗細以適應窯的工藝要求。中心風的作用是促使中心部分的少量燃料及CO燃燒,使燃燒更為充分,同時冷卻頭部。由于這種燃燒機理和旋流風、軸流風具有的高速度,煤粉的燃燒迅速、完全。我公司SR4系列燃燒器結構特點如表3所示。

          3 SR4系列燃燒器結構特點

              

               結構特點

          結構特點

          合理的

          風道排布

          (1) 從外至內,分為軸流風、煤風、旋流風、中心風及柴油點火通道。

          (2) 軸流風為圓孔形設計,能有效降低高速度帶來的磨損并降低阻力保持較高的有效動壓;

          (3) 旋流風可通過波紋補償器進行出口截面積調整,能適應一定的質量波動同時調節出合適的火焰形狀;

          (4) 中心風為均布的圓孔,起穩定火焰、中心補氧和冷卻頭部作用;

          (5) 柴油點火通道采用壓縮空氣霧化方式,冷窯點火升溫期間節油量在25%以上。

          火焰形狀

          在線調節方便

          不僅可通過各風道上的蝶閥調節各股風的比例,還可通過調節金屬波紋補償器來改變旋流風出口截面積而改變風速,從而改變火焰形狀。

          燃料

          適應性強

          燃燒器的旋流風在內側,調節適應性能優越,一次風及二次風混合速率高,能適應一定煤質的波動。

          燃燒器

          熱力強度高

          燃燒器推力大,噴出風速快,卷吸高溫二次風能力強;和一次風及二次風混合良好,燃燒充分,火焰強勁有力,頂料能力強,有利于提高熟料產質量。

          安全、

          環保性好

          軸流風采用若干個圓形小孔的設計,有效動壓高,大推力使整個火焰溫度分布更加均勻平滑,有效降低了溫度峰值,從而降低NOX的產生。

          實用性強

          操作簡單,維修方便,每個易損件可單獨更換。

          使用壽命長

          煤風入口采用耐磨陶瓷,更有效防止磨損;

          頭部增加澆注料防磨圈設計,有效保護噴頭,使壽命達2年以上。

              1. 主要技術性能參數

                明確燃燒器的技術性能參數可以更好的選擇和發揮燃燒器在系統中的功能作用,更好地通過配置合適參數、調節合理參數和系統工藝參數相匹配,組織煤粉充分燃燒提高燃盡率,并在燒成帶釋放更多的熱量,形成均布合理的高溫區,有效降低熱力型NOx及形成穩定的窯皮和窯況,連續高效的高質量生產。

                4 燃燒器主要技術性能參數表

          序號

          指標名稱

          指標定義

          指標最佳值

          1

          正常燃燒

          在規定的條件下,燃燒器在燃燒過程中的性能和參數變化均在預定范圍內的工作狀態。在此狀態下,火焰應無強烈脈動、脫火和冒黑煙或冒黃煙現象。

          無強烈脈動、脫火、冒黑煙或冒黃煙

          2

          燃料最小流量/(m3·t-1·h-1)

          燃燒器在單位時間內能實現正常燃燒的最小燃料耗量。

          根據風機和系統參數確定

          3

          燃料最大流量/(m3·t-1·h-1)

          燃燒器在單位時間內能實現正常燃燒的最大燃料耗量。

          根據風機和系統參數確定

          4

          火焰尺寸

          燃燒器在其負荷調節范圍內燃料最大流量下正常燃燒時,火焰的最大長度和最大直徑符合窯系統工藝要求。

          形成合理的窯皮厚度和長度

          5

          運行可靠性

          燃燒器按“啟動運行一停止燃燒”連續進行不少于 1個質保周期,連續燃燒運行期間,各系統應無異?,F象。

          正常條件下,基本無磨損、燒損、斷裂、腐蝕現象

          6

          使用壽命

          燃燒器整機使用期限應不少于40000h (1666.7天,即4.5年)

          整機≥40000h

          外風管噴嘴應不少于 10000h ,其余頭部各噴嘴、旋流器應不少于 15000h ;

          外風管噴嘴應≥10000h ,

          其余≥ 15000h

          煤風通道內支撐板應不少于 15000h ;

          ≥15000h

          煤風入口處煤粉沖刷部位應不少于 15000h;

          ≥15000h

          煤通道管壁應不小于 25000h ;

          ≥25000h

          7

          氮氧化物(NOx)生成量及排放限值

          燃燒器在其負荷調節范圍內燃料最大流量下正常燃燒時,煙氣中按過??諝庀禂禐?1.2時折算出的溫度型氮氧化物(NOx)含量應符合如下要求:

          a) 燃油:NOx≤400mg/m3;

          b) 燃氣:NOx≤200mg/m3。

          C)煤粉:排放限值NO2≤400mg/m3;(普通地區);NO2≤320mg/m3;(重點地區)

          NO2生成量≥600mg/m3;普通地區:排放限值NO2≤400mg/m3;

          重點地區:NO2≤320mg/m3

          8

          結焦和積炭

          燃燒器在其負荷調節范圍內連續運行時,旋口的結焦和積炭不應影響正常燃燒,亦不應使爐膛內壁產生結焦。

          不應影響正常燃燒或易于清理

          9

          自振動

          燃燒器在最大燃燒負荷下運行時,其振動速度應不大于 6.3 mm/s

          一般無自帶風機燃燒器均:≤ 6.3 mm/s

          10

          燃料流量穩定性

          燃燒器在合同所確定的負荷調節范圍(以下相同)內,任一工況下進人燃料噴嘴的燃料流量的波動范圍應在士5%之內。

          士5%

          11

          一次風率(%)

          從燃燒器出口入窯的空氣(助燃風和送煤風)占燃料理論完全燃燒所需空氣量的比率。

          一般在≤12%,各種燃料或窯型不同,最佳值相應調整

          12

          燃燒器推力(N)

          Fz=

          單向指標,需要與其它指標配合使用

          13

          燃燒器單位熱量推力(N/MW)

          用每小時燃料燃燒所產生的熱量除燃燒器一次風中的凈風(或凈風與燃料)所產生的推力

          水泥窯:≥7N/MW(不含煤風)

          球團窯:3-7N/MW(含燃料)

          石灰窯:3-7N/MW(含燃料)

          14

          燃燒器供熱能力(GJ/H)(MW)

          將燃燒器最大燃料流量換算為熱量單位(1MW≈123kg.標煤)

          15

          旋流強度

          氣流的旋動量矩與軸向動量的比:n=M/KL L-定性尺寸,為出口直徑的倍數(m)

          注:水泥窯用參考值≥0.6

          水泥窯≥石灰窯≥球團窯

            1. 分解爐燃燒器

              在配套分解爐燃燒器時,首先要根據分解爐的幾何尺寸、三次風管的位置、窯尾煙氣縮口的尺寸及產量熱耗來設計計算燃燒的參數,然后確定燃燒的安裝位置。其次再根據實際使用情況和煤質的條件,對燃燒器煤風的噴射速度、混合風的風量和風速的進行調節,同時還需要對混合風的和煤風的混合程度進行再次調節,這樣就可以實現流場匹配的目的。根據爐型的不同,分解爐燃燒器的結構是不同的,對于D-D型、PR型、SLC型的分解爐,一般應選用外風為旋流風的三通道燃燒器;對于RSP型、N-SF型的分解爐,一般應選用外風為旋流風的雙通道燃燒器;對于N-MFC型、T-MFC型分解爐,選用單通道燃燒器或單通道旋流式燃燒器。


              1. 燃燒器的使用與管理

                1. 燃燒器使用前的準備工作

                  性能好的燃燒器設計出來,安裝在現場后,沒有合理的安裝定位以及操作方法同樣發揮不出本身的優異性能。所以燃燒器的使用與管理就顯得尤為重要了。

                  燒成操作人員要了解燃燒器的結構性能,確認配套的風機參數和調節方法;做好耐火材料的澆注和保養;結合燃燒器的特性確定窯內安裝的位置;空載時檢查記錄煤風和凈風的壓力和電機電流。

                2. 燃燒器的調節和調整

                  燃燒器的調節主要分粗調和微調。粗調主要調整內風、外風及中心的風量及比例,微調主要調整內風的出口截面積。為了做到燃燒器與窯系統的完好匹配,要求燃燒器能夠具有多種調節功能:

            2. 調節氣流的射流動量,即包括在不改變風量情況下的調節不同的速度和不改變速度下的調節不的風量,因為動量=風速×風量)

            3. 調節氣流的旋轉強度,這是調節火焰形狀的主要手段。煤質變差時可以加大旋流強度,促進混合,加強燃燒,提高穩定性。

            4. 調節煤粉和氣流的混合程度。通過調節不同的風速和風量,匹配煤粉的特性,在窯內共同形成穩定的火焰溫度和長度。

            5. 調節混合氣流噴出的距離。通過調整煤粉的噴出速度和內外、外風的速度差,調整了不同強度和長短的火焰。

            6. 調節燃燒器在窯口內的空間位置。包括前后移動和上下左右位置調節,結合物料成分和窯況、煤質特性,調整火焰的合適位置。

              1. 對燃燒器的全面的正確認識

            7. 單個燃燒器也不可能完全適應各種煤種和工況;

            8. 好的燃燒器可以產生好的作用,但是要有正確合理的操作和管理方法;

            9. 一次風量并不是越低越好,降低一次風量必須是在原燃料穩定、窯況穩定的前提下來實現;

            10. 燃燒器的調節包括參數調節和位置調節兩個方面;

            11. 煤粉輸送的穩定性和濃度比例也是影響燃燒器使用效果好壞的一個重要環節;

            12. 節能降氮和提高產質量的平衡性,需要結合工廠實際狀況選擇燃燒器的主要功能。

               

              以下表格和插圖可以參考2018年第六期38頁至43頁,但要注意表序號和圖序號

            13. 實際應用

              1. 現場條件及問題分析

                華潤水泥(羅定)有限公司(以下簡稱華潤羅定)現有一條5 000 t/d 新型干法水泥生產線Φ4.8 m×72 m回轉窯,雙系列預熱器帶TTF分解爐系統。窯頭一直使用的是某公司生產的雙風機配置四通道雙旋流煤粉燃燒器。投產運行以來在同類窯型中一直存在能耗偏高,CO生成量多,系統還原氣氛嚴重,熟料結粒不均齊分級嚴重,還原料較多,游離鈣合格率低,質量波動大,熟料強度偏低,氮氧化物生成量多,氨水使用量偏大等問題。因此襄陽中和機電技術有限公司(以下簡稱中和機電)針對上述問題,根據現場生產工藝狀況以及設備配置情況在不改動任何設備、不增加額外投資的前提下,通過針對性的燃燒器設計期望解決存在的問題。原燃燒器風機配置見表5,煤質參數見表6。

                5 原燃燒器風機配置表

            14. 風機

              風量/(m3?min-3

              升壓/kPa

              功率/kW

              窯頭送煤風機(變頻)

              74.5

              58.8

              110

              軸流風機(變頻)

              114

              58.8

              160

              旋流風機(變頻)

              60

              39.2

              55

              備用風機(變頻)

              55

              96.0

              160

            15. 6 煤質分析

            16. 低位發熱量

              Qnet.ad/(kJ·kg-1)

              揮發分

              Vad/%

              水分

              Mad/%

              灰分

              Aad/%

              固定炭

              FCad/%

              細度

              R0.08/%

              23 563

              25.5

              1.45

              24.27

              48.78

              5

            17. 5.2 改造內容

            18. 華潤羅定選用了中和機電研制的高效節能低氮燃燒器,型號SR4-15Y/F,在充分利用原有設備不增加任何額外投資情況下,具體設備配置如下:

            19.  (1) 窯頭送煤風機。利用原有設備。原窯頭送煤風機風量74.5 m3,升壓58.8 kPa,功率110 kW,輸送管道直徑Φ245 mm,經核算送煤風量偏大,擬通過變頻調節風量。

            20.  (2) 軸流風機。利用原有設備。流量 114 m3/min,升壓58.8 kPa ,功率 160 kW 。

            21.  (3) 旋流風機。利用原有設備。流量 60 m3/min,升壓39.2 kPa ,功率 55 kW 。

            22.  (4) 備用風機。利用原有設備。流量 55 m3/min,升壓96 kPa ,功率 160 kW 。軸流風、旋流風、備用風機管道之間以三通方式連接并安裝風量調節閥,以實現風機故障時軸流風機或者旋流風與備用風機互換使用,保證生產連續進行。

            23. 5.3 參數對比及生產應用

            24. 2018年5月5日燃燒器安裝完成后升溫烘窯,5月6日一次性投料成功,7日投料量即達到365 t/h,折合熟料5700 t/d,穩定煅燒掛窯皮。燃燒器調整參數:軸流風46 Hz,壓力58 kPa,燃燒器頭部出口風速≥300 m/s,旋流風46 Hz,壓力46 kPa,燃燒器頭部出口風速≥240 m/s,送煤風35 Hz,燃燒器推力達到9~11 N/MW。燃燒器改造前后分別見圖4和表7。

            25. 7 燃燒器頭部結構對比

            26. 對比項目

              原燃燒器

              SR4系列燃燒器

              性能對比

              風道排布

              由外至內:攏焰罩,軸流風,外旋流風,煤風,內旋流風(中心風),點火油槍通道,四風道

              由外至內:澆注料擋板,冷卻風,軸流風,煤風,旋流風,中心風,點火油槍通道,五風道

               

                  四通道雙旋流

               

              五通道單旋流

              原16孔,孔徑12.8 mm,后經改造為32孔,主窯皮由18 m延伸到21 m。實際使用41Hz,50kPa

              24孔,孔徑φ14.8 mm;

              實際使用46 Hz,58kPa

              原燃燒器孔數少,單孔孔徑小,軸流風動量不足,對高溫二次風的卷吸力不夠,KH值超過0.90即出現煅燒困難,游離鈣高合格率低,熟料質量差,煤粉燃盡率低,系統易產生CO,結粒20m,致密的還原料

              SR4燃燒器單孔孔徑大,有效動量強。增強了高速軸流風對高溫二次風的卷吸引射能力,更多利用高溫二次風,達到提高燃料燃燒速度和提高火焰強度的效果??梢造褵齂H 0.905~0.91的料值,熟料質量提高。

              外旋流風槽數24,角度22°。實際沒有使用

              槽數24,角度40°

              實際使用46Hz,48kPa

              開啟外旋流火焰發散掃窯皮,被迫關掉外旋,只是用內旋,旋流強度不夠,偏弱,對煤質以及窯況的波動適應性差。

              有效控制火焰旋流強度,增強旋流風對燃料和高溫二次風的攪拌混合能力,增強燃燒器對煤質變化及系統工況變化的適應能力,進一步提高燃料燃燒速度和燃盡率,降低還原料比例。

              煤風

              燃燒器出口噴出速度由原25 m/s提高至28 m/s。

              內旋流,槽數24個,角度45°

              實際使用43 Hz,37kPa

              板孔式火焰穩定器,孔數80個,孔徑φ3.5mm

              起旋流風的作用,內回流過大,火焰穩定性差。中心風是冷風,風量使用過大熱耗增加。

              火焰的中心區域是煤粉富集之處,燃燒比較集中,形成一個內回流區,在很小的過??諝庀禂迪戮湍芡耆紵??;鹧娣€定性好。

              長度30mm

                    無

              長度偏短起不到攏焰的作用,相當于防磨圈

              獨特的澆注料護板設計,保護噴嘴,延長使用壽命。



            27. 5.4 應用效果

            28. 經過三個月的生產實踐,窯系統運行穩定,質量合格,熟料強度提高2MPa。熟料結粒均齊致密,色澤好無還原料。更換前后,窯臺時產量生料投料量同比提高5t/h以上;熟料標煤耗同比下降1.5kg/t以上,同時使用低氮節能燃燒器以后可降低熱力O排放約15%以上,控制同等的氮氧化物排放值300mg/m3,氨水使用量下降15%以上。改造前后能耗和排放對比情況見表8。

            29. 8 能耗和排放指標對比情況

            30. 技術參數

              臺時產量

              (t/h)

              標準煤耗

              kg/t)

              料28天強度

               MPa

              NOx

              mg/m3

              氨水使用量

              (L/h

              噸熟料氨水成本

              (元/

              更換

              360~365

              108.82

              58

              ≤300

              800~1000

              平均3.5

              更換

              365~375

              106.92

              60

              300

              650~850

              平均2.5

               

               

                   更換燃燒器后的熟料結粒情況見圖5。更換燃燒器后熟料結?;揪R,無嚴重分級現象。

               

               

              圖上 更換燃燒器后熟料

            燃燒器更換前后還原料情況對比見圖6。更換前熟料多致密性還原料,更換后無還原料,中控操作界面對比見圖

             燃燒器更換前后還原料情況對比

            換前后噸熟料氨水消耗量成下降趨勢。具體統計數據見下表9。

            9 使用前后氮水量對比表

            月份

            熟料產量

            /t

            氨水消耗量/t

            氨水單價

            /(元·t-1

            單位熟料氨水消耗

            /(kg·t-1

            氨水成本

            /(元·t-1

            備注

            1月

            176421.00

            614.82

            837.99

            3.48

            2.92

            2月

            101919.00

            310.00

            1051.16

            3.04

            3.20

            3月

            172972.00

            566.00

            910.60

            3.27

            2.98

            4月

            115526.00

            321.00

            939.10

            2.78

            2.61

            5月

            143139.00

            361.02

            931.07

            2.52

            2.35

            5月5日開始使用SR4燃燒器后氨水消耗量相對減少

            6月

            168177.00

            381.12

            835.79

            2.27

            1.89

            7月

            142320.00

            426.38

            866.98

            3.0

            2.60

             

            8 更換燃燒器后氨水使用情況SNCR操作畫面以及NOx排放情況

            從表10可知,更換前后三個月窯系統標煤耗成逐月下降趨勢,熟料游離鈣合格率提高,窯系統穩定性增強。

            10 使用前后煤耗及游離鈣合格率對比表

            月份

            窯臺產/(t·h-1

            運轉率/%

            游離鈣合格率/%

            標煤耗/(kg·t-1

            備注

            1月

            232.13

            100

            86

            108.48

            2月

            235.65

            63.02

            88

            108.75

            3月

            233.76

            99.46

            89

            108.82

            4月

            234.79

            68.34

            87

            108.43

            5月

            235.92

            82.96

            90

            107.98

            5月5日使用SR4燃燒器后熟料標煤耗成逐月下降趨勢

            6月

            237.63

            99.55

            95

            107.18

            7月

            239.79

            79.78

            95

            106.92

            燃燒器更換前后窯皮情況:更換前主窯皮偏短(21m),不平整,40m~45 m易結副窯皮,更換后主窯皮長度26m(有所延長),平整度好,40~45 m無副窯皮,窯皮筒體掃描見圖8。


            6 結束語

            燒成系統向環保功能型轉型的大趨勢中,煤粉燃燒的質量成為關注重點。中和機電研發出高效節能低氮燃燒器,不僅順應了時代的發展,滿足了水泥企業的需求,也為自身的可持續發展奠定了專有核心技術的支撐。生產實踐證明,中和機電研發的高效節能低氮燃燒器在新型干法水泥生產線的應用是成功的,滿足了環保功能型燒成系統對煤粉燃燒質量的要求。從專業角度講,我們將繼續堅持根據生產線工藝配置、煤粉特性以及原料等實際情況做針對性燃燒器設計的原則,精心制造,為企業燒成系統更節能、更環保、更高效運行做貢獻。

            參考文獻

            [1] 聶紀強. 《工業爐窯大氣污染綜合治理方案》明確水泥熟料燒成系統大氣污染物治理要求[J].新世紀水泥導報,2019(5):86.

            [2] 聶紀強.節煤節電減排利廢 打造功能型燒成系統——2017中國水泥工業燒成系統優化改造技術研討會綜述[J].新世紀水泥導報,20176):49-56.


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